第7章基本输入输出接口

第7章基本输入输出接口

一、内容简介：

1 I/O口概述

2 简单I/O接口芯片：244，245，273，373┅

3 CPU与外设间的数据传送方式

程序控制；中断；DMA

4 DMA控制器8237A

二、教学目标：

掌握输入/输出接口电路和基本概念、掌握I/O端口编址方法和特点及地址译码方法。l掌握CPU与外设数据传送的方式方法。了解DMA控制器8237A。

三、重点内容：

CPU与外设间的数据传送方式；8237A

四、教学时数：4

7.1 I/O接口概述

7.1.1 CPU与外设之间的数据传输

一．CPU与I/O接口

接口电路按功能可分为两类：

①是使微处理器正常工作所需要的辅助电路：时钟信号或中断请求等；

②是输入/输出接口电路：CPU与外部设备信息的传送（接收、发送）。

最常用的外部设备：如键盘、显示装置、打印机、磁盘机等都是通过输入/输出接口和总线相连的，完成检测和控制的仪表装置也属于外部设备之列，也是通过接口电路和主机相连。

1．为什么要用接口电路：

需要分析一下外部设备的输入/输出操作和存储器读/写操作的不同之处:

存储器都是用来保存信息的，功能单一，传送方式单一（一次必定是传送1个字节或者1个字），品种很有限(只有只读类型和可读/可写类型)，存取速度基本上和CPU的工作速度匹配.。

外部设备的功能多种多样的（输入设备，输出设备，输入设备/输出设备），信息多样（数字式的，模拟式的），信息传输的方式（并行的，串行的），外设的工作速度通常比CPU 的速度低得多，而且各种外设的工作速度互不相同，这也要求通过接口电路对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。

注：接口电路完成相应的信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能。

2．接口的功能（8种）：

⑴寻址能力：对送来的片选信号进行识别。

⑵输入/输出功能：根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。

⑶数据转换功能：并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换。

⑷联络功能：就绪信号，忙信号等。

⑸中断管理：发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。并有优先级管理功能。

⑹复位：接收复位信号，从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。

⑺可编程：用软件来决定其工作方式，用软件来设置有关的控制信号。

⑻错误检测：一类是传输错误。另—类是覆盖错误。

注：一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息。

二．I/O接口与系统的连接

1．CPU与I/O设备之间的信号（三类）

(1) 数据信息包括三种形式：数字量、模拟量、开关量

(2)状态信息是外设通过接口往CPU传送的

如：“准备好”(READY)信号、“忙”（BUSY）信号

(3)控制信息是CPU通过接口传送给外设的

如：外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息

2．接口部件的I/O端口：

⑴数据端口、⑵控制端口、⑶状态端口

CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口，每个端口有一个端口地址。用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的，这些端口叫数据端口。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为状态端口。用来存放CPU发出的命令，以便控制接口和设备的动作，这类端口叫控制端口。如下图

注：⑴输入还是输出，所用到的地址总是对端口而言的，不是对接口部件而言的。⑵为了节省地址空间，将数据输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址。同样，状态端口和控制端口也常用同一个端口地址。

⑶CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。

3．接口与系统的连接.

接口电路位于CPU与外设之间，从结构上看，可以把一个接口分为两个部分，⑴用来和I/O设备相连；

⑵用来和系统总线相连，这部分接口电路结构类似，连在同一总线上。

下图是一个典型的I/O接口和外部电路的连接图：

联络信号：读/写信号，以便决定数据传输方向。

地址译码器，片选信号：地址译码器除了接收地址信号外，还用来区分I/0地址空间和内存地址空间的信号(M/IO)用于译码过程。

注：⑴一个接口通常有若干个寄存器可读/写，

⑵一般用1-2位低位地址结合读/写信号来实现对接口内部寄存器的寻址。

4．输入输出的寻址方式

CPU对外设的寻址方式通常有两种：

(1) 存储器对应输入输出方式

每一个外设端口占有存储器的一个地址。

优点：CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，寻址方式多，使用方便灵活，且可寻址的外设数量多。

缺点：由于外设占用了存储单元的地址，使内存的容量减小，同时，程序的可读性下降。

(2) 端口寻址的输入输出方式

CPU有专门的输入输出指令（ IN， OUT），通过这些指令中的地址来区分不同的外设。

优点：容易掌握，编出的程序可读性好。

缺点：可寻址的范围较小，还必须有相应的控制线（M/IO）来区分是寻址内存还是外设。

7.2简单I/O接口

数据锁存器74LS373；数据缓冲器74LS244；数据收发器74LS245。

7.3 CPU与外设数据传送的方式

7.3.1 程序控制方式（如图7-1所示）无条件传送方式、查询传送方式

7.3.2 中断传送方式如图7-2所示

7.3.3 直接存储器访问（DMA）方式

7.4 DMA控制器8237A DMA传送的基本原理